Standard-Klinken- und Ratschendesign

Dieses Design ist bei Fahrrad-Freiläufen bei weitem das gebräuchlichste und als solches am kostengünstigsten zu verwenden.

Mechanismus

In seiner einfachsten Form besteht dieses Design aus einer gezahnten Oberfläche und einer Sperrklinke (die ein Hebel ist, der in die gezahnte Oberfläche eingreift und nur eine Bewegung in eine Richtung zulässt).

Bei einem Fahrrad ist diese Konstruktion typischerweise umgekehrt, die Sperrklinken befinden sich auf dem Freilaufkörper und greifen in eine gezahnte Oberfläche an der Innenwand der Nabe ein.

Eine grundlegende Animation des Mechanismus in Aktion finden Sie hier . Bei dieser Konstruktion muss eine gewisse Spannung auf die Sperrklinken ausgeübt werden, um sie konstant nach außen in den Körper der Nabe zu drücken. (Hierher kommt bei diesem Design auch das Summen oder Klicken, da die Sperrklinken über die Zähne auf der Ratschenoberfläche gedrückt werden.) Dies wird normalerweise durch Blattfedern, kleine Schraubenfedern und / oder einen Metallring erreicht.

Dieses Design verwendet Blattfedern

Sprungfedern

Technische Zeichnung eines Mechanismus mit einem Metallring

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• Üblich und preiswert
• Servicefreundlich

Nachteile

• Geringeres (schnelleres) Engagement, das durch körperliche Einschränkungen begrenzt ist. Ein geringerer Eingriffsgrad erfordert kleinere Zahnkontaktflächen und Sperrklinken, die schwächer werden/schneller verschleißen können. (siehe unten für einige clevere Problemumgehungen)
• Störanfällig durch schwächelnde Federn oder Fettverdickung bei Kälte/Alterung („nichts passiert, wenn ich pedaliere“)
• In seinem einfachsten Design relativ hohes Maß an (langsamem) Engagement
• Verschleißanfällig, da Zähne und Sperrklinken ständig in Kontakt sind

Variationen

Viele Konstruktionen verwenden mehr als einen Eingriffszahn pro Sperrklinke, wodurch kleinere Zähne und mehr Eingriffspunkte (geringerer Eingriffsgrad) ermöglicht werden. Diese kleinen Zähne sind anfälliger für Verschleiß. Halo supadrive verwendet 120 Eingriffspunkte für 3-Grad-Eingriff

Halo Supadrive mit 120 Eingriffspunkten

Das Double Time-Design von SRAM verwendet vier Sperrklinken in gegenüberliegenden Paaren. Die Paare sind leicht versetzt, was dazu führt, dass immer nur ein Paar eingreift, aber ihre 26-Zahn-Ratsche hat 52 Eingriffspunkte für einen 7-Grad-Eingriff.

Amerikanisches klassisches Nockenplattendesign

Der vollständige Name lautet „Six Pawl Cam Actuated Engagement System“. Dieses Design ist eines der komplizierteren, bietet aber laut American Classic einen stärkeren Freilauf mit relativ geringem Widerstand und bewirkt, dass alle 6 Doppelzahnklinken gleichzeitig mit hoher Präzision einrasten.

Mechanismus

Es gibt mehrere Teile für den Eingriff dieses Mechanismus, die in der Reihenfolge der Betätigung von der Kette / dem Zahnrad aufgelistet sind:

• Drahtfeder im Freilaufkörper greift in die..
• Nockenplatte in der Nabe, die in die ..
• Sperrklinken im Nabenkörper, die den Freilauf am Nabenkörper verriegeln

Die Drahtfeder liegt auf der Nabenseite des Freilaufkörpers in einer umlaufenden Bahn auf:

Dieser Draht bewegt sich entlang der Zähne der Kurvenscheibe, wenn das Rad freiläuft. Wenn Strom an die Pedale angelegt wird, erzwingt dieser Draht eine Bewegung der Nockenplatte im Uhrzeigersinn

gezeigt mit einer entfernten Sperrklinke und Sperrklinken in eingerasteter Position

Diese Bewegung im Uhrzeigersinn zwingt die Sperrklinken, sich nach innen zu bewegen und in den Freilaufkörper einzugreifen, wodurch ein Eingriff bereitgestellt wird.

Dieses Video unten zeigt die Wirkung der Nockenplatte, der Schraubendreher wirkt als Drahtfeder. Dies ist ein weiteres hilfreiches Video, in dem Designer Bill Shook den Mechanismus erklärt. Bei ~0:33 können Sie den gesamten Mechanismus per Cutaway in Aktion sehen.

Sobald sich der Freilauf langsamer bewegt als das Laufrad, bewegt der Freilaufkörper selbst die Sperrklinken sowie die Kurvenscheibe wieder in ihren eingefahrenen Zustand.

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• Niedriger Widerstand, nur Nockenscheibe und Drahtfeder berühren sich
• Da dies die einzigen Teile in ständigem Kontakt sind, sind Ersatzteile minimal
• Robust, da die Auflageflächen relativ groß sind
• Feuerzeug? besonders für seine Stärke. Ein Teil der Designziele war es, den Freilaufkörper / die Kontaktfläche und die Sperrklinken aus Aluminium zu machen, obwohl ich hier keine Zahlen habe

Nachteile

• Unabhängig davon, ob dies die Produktionskosten betrifft oder nicht, sind diese nur für Am Classic-Räder erhältlich, und diese Räder sind im Allgemeinen teuer, daher ist es teuer, einen Radsatz mit diesem Design zu erwerben.
• Relativ geringes Engagement – ​​24 Punkte bedeuten 360/24 = 15 Grad Engagement

Star Ratchet und Variationen

Dieses Design in seiner einfachsten Form wird von DT Swiss verwendet. Dieses Design beinhaltet leicht austauschbare Ratschenplatten, die den zusätzlichen Vorteil bieten, dass jeder Eingriffspunkt Drehmoment überträgt. Eine kompliziertere Variante wird in Chris King-Naben verwendet.

Mechanismus - DT Swiss

1. Endstück 2. Lager 3. Gewindering 4. Achse 5. Kegelfeder 6. Zahnkranz 7. Rotorkörper

Das DT Swiss System besteht aus zwei gegenüberliegenden Ratschenplatten, die sich im Nabenkörper und im Freilauf befinden. Diese werden durch ein Paar konischer Federn gegeneinander gehalten. Wenn der Fahrer in die Pedale tritt, greifen die Zähne ein, während die Freilauf-Ratschenplatte über die Keile entlang ihres Umfangs gedreht wird. Dadurch wird Kraft auf die Ratschenplatte in der Nabe übertragen, und diese wiederum überträgt Kraft auf die Nabe über die Keile entlang ihres Umfangs.

Hier gibt es eine sehr einfache Animation , die die Wirkung der Ratschenplatten zeigt.

Aufrüstung und Wartung

Einer der größten Vorteile dieses Systems ist die Leichtigkeit, mit der Sie die Ratschenplatten aufrüsten, ersetzen oder warten können. Dies ist eigentlich eine werkzeuglose Reparatur! Die einfachsten DT Swiss-Naben enthalten eine 18-Tonnen-Ratschenplatte, die einen Eingriff von 20 Grad bietet. Dies kann auf eine 36-t- (10-Grad-) oder sogar eine 54-t-Platte (6,67-Grad) aufgerüstet werden. Dies kann für DT-Räder der unteren Preisklasse durchgeführt werden, sodass es möglich ist, ein weniger teures Rad zu nehmen und auf Wunsch einen viel höheren Eingriff zu erzielen. Dies ermöglicht auch den Austausch aller Kontaktflächen (abgesehen von den Keilen innerhalb der Nabe, die wahrscheinlich nicht verschleißen oder abstreifen), um die Lebensdauer der Naben zu verlängern.

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• Alle Kontaktpunkte übertragen immer Drehmoment
• Einfache Wartung und leicht austauschbare Verschleißteile

Nachteile

• Hoher Kontakt führt zu höherem Verschleiß zwischen den Kontaktflächen
• Die Platten werden durch eine Feder zusammengedrückt, nicht durch das Drehmoment des Fahrers, sodass sie eher überspringen, wenn mehr Drehmoment aufgebracht wird (im Gegensatz zu Am Classic und Chris King), obwohl ich persönlich noch nie davon gehört habe.
• Relativ geringes Engagement für die Kosten auf vielen Rädern

Variationen - Chris King

Dies ist wiederum eines der komplizierteren Designs des Freilaufmechanismus. Im Kern ist es ein Sternratschensystem. Es gibt ein paar wesentliche Unterschiede:

• Beide Ratschen befinden sich in der Nabe, wodurch sie größer sein können
• Die Antriebsplatte (die mit dem Freilaufkörper zeitlich verbunden ist) ist diejenige, die am weitesten davon entfernt ist
• Die eine Antriebsplatte ist gefedert, während die andere im Freilaufkörper befestigt ist
• der Ringantriebsmechanismus, der die beiden Platten unter Drehmoment zusammenpresst

1.Feder 2.Antriebsplatte 3.feste Platte

links: Antriebsplatte, rechts: feststehende Platte

Was dies wirklich auszeichnet, ist der Ringantriebsmechanismus. Dies wird über spiralförmige Nuten am Freilaufkörper erreicht, die in die Mitnehmerscheibe eingreifen. Wenn ein Drehmoment auf die Freilaufnabe ausgeübt wird, zwingt dies die beiden Platten zusammen. Je mehr Drehmoment aufgebracht wird, desto stärker werden die Platten zusammengedrückt, wodurch ein Rutschen oder Springen effektiv verhindert wird.

oben dargestellter Antriebsring mit spiralförmigen Rillen

Viele Leute würden wahrscheinlich sagen, dass Chris King-Naben übertrieben sind - sie sind extrem gut verarbeitet und verwenden viele Lager, die zu ihrer Langlebigkeit (und den Kopfschmerzen Ihres Mechanikers) beitragen sollten. An 72 Eingriffspunkten (5 Grad) können sie ungefähr so ​​schnell eingreifen wie jeder andere Hub da draußen. Da die Platten durch das Drehmoment des Fahrers zusammengedrückt werden, kann die Feder auch schwächer sein, um weniger Widerstand/Verschleiß zu verursachen, und die Zähne können kleiner sein, ohne sich zu lösen (schnellerer Eingriff). Das Kosten-Nutzen-Verhältnis kann für viele Menschen schwer zu rechtfertigen sein, aber wenn es Ihnen ein gutes Gefühl gibt, eine gut gemachte Nabe an Ihrem Fahrrad zu haben, ist es schwer, es besser zu machen als Chris King.

Klemmkupplung

Die Freilaufkupplung existiert seit einiger Zeit in industriellen Anwendungen: Sie wird in Motorrädern, Hubschraubern, Flugzeugen, Autogetrieben und anderen verwendet. Soweit ich weiß, ist Onyx das einzige Unternehmen, das es zu Fahrradnaben bringt. Freilaufkupplungen bieten einen geringen Rollwiderstand und praktisch verzögerungsfreies Einrücken. Sie sind auch zuverlässig und langlebig, was jedoch zu Lasten des Gewichts und der Kosten gehen kann.

Mechanismus

Auf den ersten Blick kann eine Freilaufkupplung einem Patronenlager sehr ähnlich sehen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass anstelle von runden Kugellagern nockenförmige Nocken zwischen den Laufringen vorhanden sind, die eine Bewegung in eine Richtung zulassen und in der anderen binden. Diese werden durch einen Metallclip in konstanter Spannung gehalten.

Da diese Art von Kupplung viele industrielle Anwendungen hat, gibt es eine große Anzahl hilfreicher Videos, die erklären, wie sie funktioniert, wie dieses und dieses (springen Sie zu 37s, um Marketing zu überspringen).

Onyx integriert dieses Design auf ziemlich einfache Weise. Die Nocken ruhen zwischen dem Nabengehäuse und einer bearbeiteten Oberfläche, die sich vom Freilaufkörper in die Nabe erstreckt.

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• 0 Grad Engagement (sofort)
• hohe Drehmomente aufnehmen können
• geringste Reibung aller Freilaufsysteme (nach Onyx und einer Studie der Duke University)
• sehr wartungsarm

Nachteile

• wie immer kosten
• Gewicht - da die Kontaktflächen aus Gründen der Haltbarkeit aus Stahl sein müssen. Kürzlich haben sie auf einen zweiteiligen Freilaufkörper mit einem Aluminium-Zahnradträger umgestellt, um das Gewicht zu reduzieren (wie oben abgebildet).